Neurosterydy w chorobach neurologicznych: w epilepsji, urazach mózgu, neurodegeneracji i neuroregeneracji wykład 4

1. Neurosterydy w chorobach neurologicznych: w epilepsji, urazach mózgu, neurodegeneracji i neuroregeneracjiwykład 4 Maria Dorota Czajkowska Majewska Katedra Marii Curie Komisji EuropejskiejInstytut Psychiatrii i Neurologii, Warszawa

2. Epilepsja: choroba powtarzających się napadów drgawkowych: Nadmierna aktywność bioelektryczna mózgu SPECT - Single-photon emission computerized tomography. SPECT bez drgawek SPECT Drgawki

3. Epilesja • Dotyka ok. 2% ludzi; 30% to dzieci. • Etiologia złożona: urazy, niedotlenienie, niedokrwienie mózgu, zatrucia, zakażenia, zaburzenia neurorozwojowe płodowe lub późniejsze, przyczyny metaboliczne, wrodzone wady systemu neuroprzekaźników czy kanałów jonowych. • Nierównowaga aktywności neuroprzekaźników hamujących i stymulujących – przewaga pobudzających.

4. Główne systemy neuronalne zaburzone w padaczce, celowane przez leki antyepileptyczne Kanały sodowe GABA(A)R Leki: barbituraty, Gabapentin, kwas walproinowy - GABA(A)R fenytoina, karbamazepina – Kanały Na+

5. Padaczka i neurosterydy • W kilku typach epilepsji - zmniejszona synteza sterydów hamujących. • Drgawki noworodkowe: leczenie ACTH – pobudzenie wydzielania sterydów nadnerczy. • Padaczka menstrualna (catamenial epilepsy) • U kobiet poziom stymulujących i hamujących neurosterydów we krwi i mózgu zmienia się podczas cykli reprodukcyjnych. • Fluktuacje te są odpowiedzialne za cykliczne zmiany pobudliwości neuronalnej, co wpływa na zmiany progu drgawkowego.

6. Neurosterydy w padaczce menstrualnej (catamenial epilepsy) Okołoowulacyjna Okołomenstruacyjna Anowulacyjna Niski THP Niski THP

7. Epilepsja w stwardnieniu guzowatym: zmniejszona produkcja THP Częstość występowania drgawek odwrotnie proporcjonalna do stężenia THP we krwi Antagonista THP THP

8. Padaczka noworodków • Bardzo trudna do leczenia: leki GABA agonistyczne i blokery kanałów Na+ nieskuteczne i szkodliwe. • Badanie na zwierzętach: stosowanie fenytoiny (blokera kanałów Na+ sodowych) lub pentobarbitalu agonisty GABA(A)R powoduje apoptozę neuronów płodów i noworodków. • W niedojrzałych neuronach pobudzenie GABA(A)R działa neurostymulująco.

9. GABA(A)R stymulujący w niedojrzałych neuronach, a hamujący w dojrzałych A B Niedojrzały neuron Wysoki Cl (in) Dojrzały neuron Niski Cl (in) GABA – depolaryzuje GABA – hiperpolaryzuje

10. Padaczka noworodkowa i neurosterydy • Hamuje drgawki bloker transportera NKCC1 (bumetadina) poprzez zmniejszenie stężenia Cl- wewnątrz neuronów. • Skutecznie leczy się za pomocą hormonu ACTH, który stymuluje korę nadnerczy do wydzielania hormonów sterydowych i neurosterydów. • Możliwe, żeleczniczo działa DHEAS. • Naturalnie wysoki poziom DHEAS we krwi ludzkich noworodków może mieć działanie przeciwdrgawkowe dzięki blokowaniue depolaryzującego działania GABA(A)R).

11. Efektywność antydrgawkowa THP zmienia się w miarę dojrzewania neuronów. Wynika ze zmian gradientu Cl- w neuronach. Rozwojowych zmian podjednostek w GABA(A)R THP hamuje drgawki:efekt rozwoju Drgawki wywoływane przez pentylenetetrazol * Dawka THP

12. Neurosterydy hamujące skutecznie blokują drgawki • Efektywne: w wielu modelach zwierzęcych • U kobiet z okołomenstrualną padaczką – progesteron (prekursor THP) skutecznie hamuje drgawki. • Syntetyczny steroid, ganaxolone, analog THP, w opracowaniu jako lek przeciwpadaczkowy.

13. Leki antykonwulsyjne zmieniają metabolizm sterydów • Indukują • Hamują Scharfaman 2006

14. DOC (hormon stresowy) podnosi próg drgawkowy (PTZ): efekt THDOC Reddy, Rogawski, 2002

15. Stress pływania podnosi próg drgawkowy (PTZ) u szczura: efekt THDOC; finasteryd blokuje F F Reddy, Rogawski, 2002

16. DOC podnosi próg drgawkowy, finasteryd i indometacyna blokują DOC % hamowania drgawek DOC + finasteryde DOC + indometacyna

17. Neurosterydy w niedokrwieniu i traumie mózgu: rola w protekcji i regeneracji

18. Uszkodzenie mózgu: niedokrwienie, niedotlenienie, wylew, trauma • Poszukiwania metod: • Ochrony mózgu i zapobiegania wtórnym patologiom (obrzęk, apoptoza i nekroza neuronów, utrata funkcji) • Regeneracji mózgu po urazach

19. Neuroprotekcja w niedokrwieniu i traumiemózgu Najczęściej stosowane kliniczne strategie: • Kombinacja: nimodipina (bloker kanałów Ca++) + mannitol (zmniejsza ciśnienie wewnątrzczaszkowe) + deksametason (zmniejsza obrzęk) + anestetyki barbiturany • Magnez (NMDA antagonista) + przeciwutleniacz + hipotermia (33oC) • Hipotermia (kluczowy czynnik)

20. Metabolit progesteronu, THP, jest endogennymanestetykiemMoże mieć działanie neuroprotekcyjne

21. Progesteron jako neuroprotektant w urazach mózgu • Obrzęk mózgu po urazie mniejszy u samic niż u samców. • Pseudociąża chroni samice przed obrzękiem po urazie mózgu. • Owariektomizowane samice tak samo wrażliwe jak samce na rozwój obrzęku mózgu po urazach. • Podanie samcom progesteronu po urazie zmniejsza obrzęk. • Zwierzęta, którym podano progesteron miały mniej neurodegeneracji oraz lepiej zachowane zdolności uczenia się w kilka tygodni po urazie.

22. Trauma mózgu zwiększa syntezę Prog i neurosterydów hamujących • Szczurze samce i samice w pseudociąży poddano urazowi mózgu. Pomiar: profil hormonów sterydowych w regionie urazu, w miejscu przyległym i oddalonym od urazu. • Wzrost syntezy neurosterydów hamujących Samice: Pregn - 7 ng/g Prog - 90 ng/g 5aDHP - 60ng/g 3a5aTHP - 4 ng/g Samce: Pregn - 4 do 6 ng/g Prog - 3 ng/g 5a-DHP - 1 ng/g (Meffre et al., 2007, Bicetre).

23. Egzogenny progesteron ochronny w niedokrwieniu mózgu: modele zwierzęce • Podany do 24 godz. po niedokrwieniu zmniejsza objętość infarktu i obrzęk mózgu • Poprawia regenerację neurologiczną • Zmniejsza uszkodzenie i nekrozę neuronów • Hamuje utlenianie wolnorodnikowe • Umożliwia lepsze zachowanie zdolności uczenia się i pamięć.

24. Progesteron neuroprotekcyjny po niedokrwieniu • Szczury: globalna 15 min ischemia (okluzja 4 arterii), reperfuzja • Progesteron iv: 20 min, 2, 6, i 24 godz. po ischemii • Badanie: 21 dzień po epizodzie ischemii Kontrola Vehiculum: Atrofia neuronów w CA1 Progesteron Ochronny Morali et al. 2005

25. THP bardziej efektywny od Prog w neuroprotekcji po ischemii Mózgi po 72 h 120 min. okluzja prawej tętnicy mózgowej środkowej P i THP i.p. po 120 min (5 min przed reperfuzją) V P THP Ster V P Rozmiar udaru THP Sayeed et al. 2006 (Emory U.)

26. Trauma mózgu zwiększa syntezę neurosterydów • 6 h do 24 dni po urazie mózgu (szczury) - wielokrotny wzrost ekspresji białek PBR (peripheral benzodiazepine receptor) orazStAR (steroidogenic acute regulatory protein)w astrocytach i mikrogleju. • Wzrost syntezy Pregnenolonu oraz innych neurosterydów • Reakcja adaptacyjna istotna w neuroprotekcji i neuroregeneracji • Podobna reakcja w komórkach Schwanna po uszkodzeniu nerwów obwodowych • Rola w regeneracji aksonów i mielinizacji.

27. Badanie Kliniczne: Progesteron neurprotekcyjny w traumie mózgu • Dept. of Emergency Medicine, Emory U., Atlanta, GA • Faza II, podwójnie ślepe, placebo-kontrolowane • 100 pacjentów, przybyli w ciągu 11 godz. po urazie • Otrzymali Progesteron(iv) lub placebo • Neurologiczny stan: 30 dni po urazie (Glascow Outcome Scale) • Pacjenci na Prog – o 60% mniejsza śmiertelność niż kontrole • Pacjenci naProg z umiarkowanym urazem mieli lepszy stan neurologiczny po 30 dniach niż ci na placebo. • Prog nie był skuteczny po ciężkich urazach. (Wright et al., Ann. Emerg. Med. kwiecień, 2007)

28. NETT: Neurological Emergency Treatment Trials (NIH) • W USA 1,1 mln ofiar urazów mózgu rocznie, jedna co 28 sekund, 250 000 umiera, koszty ponad 115 miliardów $ • NINDS: sieć 11 instytucji do szybkiego zbadania leków neuroprotekcyjnych • Wczesne podanie antykonwulsantów • Benzodiazepin • ProTECT: Progesteron w protekcji pourazowej

29. Progesteron i jego metabolity chronią mózgi płodówi noworodków przed skutkami niedotlenienia i urazów

30. Synteza progesteronu w rozwoju mózgu szczura • Poziom Prog w plazmie najwyższy w dniu urodzenia,spada z wiekiem. • Stężenie Prog w hipokampie kilkakrotnie wyższe niż w plazmie. • Ekspresja mRNA 3HSD(enz. metabolizującego Pregnenolon do Prog) w mózgu najwyższa w dniu urodzenia. Hip. Ibanez et al. 2003

31. Chirurgiczna przejściowa okluzja pępowiny u płodów owiec (10 min) Mikrodializa mózgów THP mierzone w płynie zewnątrzkomórkowym Wzrost syntezy THP po okluzji THP chroni mózgi płodów przed skutkami okołoporodowego niedotlenienia Wzrost THP w mózgach płodów podczas niedotlenienia Istota biała Okluzja THP Istota szara Nguyen et al. 2004

32. Prog i THP redukują produkcję cytokin zapalnych w mózgu po urazach • Szczury, dwustronna kontuzja, kora przedczołowa • Prog lub THP i.p. w 1 i 6 godz., oraz dziennie przez 6 dni po traumie • Cytokiny badane: 3,6,12 godz. po urazie V P THP Ekspresja IL-1β mRNA TNFα mRNA He et al. 2004

33. DHEA(S) w regeneracji mózgu po urazach

34. Neurostymulanty przyśpieszają regenerację mózgu po urazach • Amfetaminy podane od 3 do 30 dni po niedokrwiennym udarze mózgu przyspieszają neurologiczną rekonwalescencję pacjentów. • W modelu zwierzęcym pojedyncza dawka amfetaminy 24 h po urazie zwiększała ukrwienie mózgu i poprawiała stan neurologiczny. • Czy stymulujący neurosteroid DHEA(S) może przyspieszać rekonwalescencję po urazach mózgu? (Majewska, 1992; wykład w Burke Rehabilitation Center NY, 1996).

35. DHEA(S) zwiększa przeżywalność neuronów i komórek glejowych in vitro. DHEA in vitro promuje przeżywalność embrionalnych prekursorów neuronów szczura poprzez aktywację kinazy proteinowej Act, która hamuje apoptozę (Zhang et al., 2002). DHEA zwiększał proliferację ludzkich płodowych komórek macierzystych kory mózgowej hodowanych w obecności EGF (epidermal growth factor) i LIF (leukemia inhibitory factor): DHEA promował zróżnicowanie w kierunku neuronów Efekt DHEA - poprzez stymulujące działanie na receptory NMDA i sigma (Suzuki et al., 2004) DHEA zwiększa neurogenezę in vitro

36. DHEA stymuluje neurogenezęin vivo • U dorosłych szczurów podanie DHEA zwiększało liczbę nowo powstałych neuronów w hipokampie. • DHEA osłabiał hamujące działanie glukortykoidów na neurogenezę.

37. DHEA(S) w neuroregeneracjipo ischemii • Przejściowa globalna ischemia mózgu szczura (10 min) • 12 dni przed ischemią – podskórnie szczepiono implanty z DHEA (25, 50 lub 100 mg) • 7 dni po ischemii – eutanazja i badanie histopatologiczne mózgów • DHEA znacząco zmniejszał odsetek uszkodzonych neuronów hipokampa. (Li et al. 2000).

38. DHEAS poprawia rekonwalescencję po urazach mózgu • Model szczur: dwustronny mechaniczny uraz mózgu w części czołowej (Hoffman et al. 2003) • DHEAS: 0, 5, 10, 20 mg/kg s.c.- 7 dnia po urazie na godzinę przed testami behawioralnymi • Deficyty sensoryczne i motoryczne, pamięć: znacząca poprawa behawioralna po DHEAS • Badanie histopatologiczne: taki sam rozmiar nekrotycznego uszkodzenia • DHEAS kompensuje neuronalne deficyty.

39. DHEA poprawia rekonwalescencję po urazach mózgu (szczury) Neurologiczne refleksy Uczenie się i pamięć Analog DHEA Analog DHEA Analog DHEA Analog DHEA Malik et al. 2003 Godz. po urazie 0,5 2 12

40. Neurosterydy w leczeniu urazów mózgu Uraz, niedotlenienie, niedokrwienie Aktywność neuronów Cytokiny zapalne Temperaturę Wczesna faza – neuroprotekcyjna Prog, THP, THDOC Neurogenezę Synaptogenezę Poprawiają funkcje Poźniejsza faza – neuroregeneracyjna: DHEA(S), PS

41. Neurosterydy i depresja • DHEA (50 mg/dzień) poprawiał nastrój u starszych osób (Morales et al. 1994). • DHEA (90 mg/dzień) – u osób z depresją - powodował 50% zmniejszenie symptomów u ok. połowy pacjentów (Wolkowitz et al. 1999).

42. Neurosterydy w chorobach psychiatrycznych

43. Depresja Schizofrenia ADHD PTSD Osobowość antysocjalna Uzależnienia lekowe Choroba Alzheimera Padaczka Udary mózgu Trauma Neurodegeneracja Neuroregeneracja Neuroprotekcja Neurosteroids in brain disorders and diseases

44. Badanie w NIH: kontrolowane, n=23 mężczyzn, 23 kobiety, cross-over. 6 tygodni: DHEA 90 mg 3 tygodnie, 450 mg – 3 tygodnie. Działanie antydepresyjne Fantazje, pobudzenie seksualne, aktywność, poszukiwanie kontaktów. DHEA w leczeniu depresji Hamilton Depression Scale Schmidt et al. 2005.

45. Neurosterydy i agresja • Agresywne dziewczęta – wyższy stosunek stężeń DHEA(S)/kortyzolu we krwi. • Agresywni dorośli – wyższy poziom DHEA(S) we krwi. • Stosunek DHEA(S)/kortyzolu wyższy u agresywnych kokainistów.

46. Hamujące neurosterydy działają antyagresyjnie • Progesteron – prekursor THP – ma właściwości antyagresyjne. • Stosowany do leczenia nadmiernej agresji u mężczyzn. • U zwierząt – progesteron i THP – mają działanie antyagresyjne.

47. Podsumowanie • Wydzielanie neurosterydów zaburzone w kilku typach epilepsji. • Neurosterydy hamujące – działanie antyepileptycznie u dorosłych • Neurosterydy stymulujące (DHEAS) mogą hamować drgawki u noworodków. • Neurosterydy hamujące – działanie neuroprotekcyjne. • Stymulujące – działanie neuroregeneracyjne. • Wydzielanie neurosterydów zaburzone w pewnych chorobach psychiatrycznych.